(57)【要約】  単一超音波パルス信号を用いて被検査対象物の状態を診断できる非破壊検査方法を提供する。受信部３で受信した単一超音波パルス信号の減衰波形を、ウェーブレット変換部６でウェーブレット変換して、減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と位相φ（ｔ）とを得る。周波数時間変化演算部７は、ウェーブレット変換部６から入力された減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と位相φ（ｔ）を用いて、減衰波形を演算可能な近似式で近似し、減衰波形の瞬時周波数の時間変化を求める。診断部８は、周波数時間変化演算部７が演算した瞬時周波数の時間変化に基づいて、被検査対象物の状態を診断する。
2011013802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査対象物に１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を有する１乃至２周期のパルス信号である単一超音波パルス信号をパルス入射部から入射し、
前記被検査対象物の内部に入った前記単一超音波パルス信号を受信部で受信し、
前記受信した単一超音波パルス信号の前記減衰波形ｕ（ｔ）を、該減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と時刻ｔにおける位相φ（ｔ）とから表されるｕ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｓｉｎφ（ｔ）の近似式で近似し、前記近似式中の前記位相から時刻ｔにおける瞬時角周波数を求め、前記瞬時角周波数から時刻ｔにおける前記瞬時周波数を求め、前記瞬時周波数の時間変化に基づいて、前記被検査対象物の状態を診断することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項２】
被検査対象物に単一超音波パルス信号を入射し、
前記被検査対象物の内部に入った前記単一超音波パルス信号を受信し、
受信した前記単一超音波パルス信号の減衰波形の瞬時周波数の時間変化を求め、
前記瞬時周波数の時間変化に基づいて、前記被検査対象物の状態を診断することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項３】
前記単一超音波パルス信号は、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を有する１乃至２周期のパルス信号である請求項２に記載の非破壊検査方法。
【請求項４】
前記受信した単一超音波パルス信号は、前記被検査対象物を透過した透過波である請求項１または２に記載の非破壊検査方法。
【請求項５】
前記受信した単一超音波パルス信号は、前記被検査対象物内で反射した反射波である請求項１または２に記載の非破壊検査方法。
【請求項６】
前記受信した単一超音波パルス信号の前記減衰波形ｕ（ｔ）を、該減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と時刻ｔにおける位相φ（ｔ）とから表されるｕ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｓｉｎφ（ｔ）の近似式で近似し、
前記近似した式中の前記位相から時刻ｔにおける瞬時角周波数を求め、前記瞬時角周波数から時刻ｔにおける前記瞬時周波数を求めることを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査方法。
【請求項７】
前記減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と位相φ（ｔ）が、ウェーブレット変換を利用して求められたものである請求項１または２に記載の非破壊検査方法。
【請求項８】
前記瞬時周波数の時間変化のパターンの形状を、正常な被検査対象物について事前に測定した基準となる瞬時周波数の時間変化のパターンの形状と比較することにより、前記被検査対象物の状態を診断することを特徴とする請求項１または２に記載の非破壊検査方法。
【請求項９】
被検査対象物に単一超音波パルス信号を入射するパルス入射部と、
前記被検査対象物内に入った前記単一超音波パルス信号を受信する受信部と、
受信した前記単一超音波パルス信号の減衰波形の瞬時周波数の時間変化を求める周波数時間変化演算部と、
前記周波数時間変化演算部が演算した前記瞬時周波数の時間変化に基づいて、前記被検査対象物の状態を診断する診断部とを備えていることを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項１０】
前記診断部は、正常な状態の被検査対象物について事前に測定した瞬時周波数の時間変化を少なくとも一つの判定基準として記憶しており、前記少なくとも一つの判定基準と前記周波数時間変化演算部が演算した前記瞬時周波数の時間変化とを比較して、前記被検査対象物の状態を診断することを特徴とする請求項９に記載の非破壊検査装置。
【請求項１１】
前記パルス入射部は、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を有する１乃至２周期のパルス信号を前記単一超音波パルス信号として発生するものであり、
前記周波数時間変換演算部は、前記受信した単一超音波パルス信号の前記減衰波形ｕ（ｔ）を、該減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と時刻ｔにおける位相φ（ｔ）とから表されるｕ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｓｉｎφ（ｔ）の近似式で近似し、前記近似式中の前記位相から時刻ｔにおける瞬時角周波数を求め、前記瞬時角周波数から時刻ｔにおける前記瞬時周波数を求めることを特徴とする請求項１０に記載の非破壊検査方法。
【請求項１２】
前記パルス入射部及び前記受信部が、前記被検査対象物を透過した前記単一超音波パルス信号を受信するように前記被検査対象物に配置される請求項９に記載の非破壊検査装置。
【請求項１３】
前記パルス入射部及び前記受信部が、前記被検査対象物内で反射した前記単一超音波パルス信号を受信するように前記被検査対象物に配置される請求項９に記載の非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波パルスを用いた非破壊検査方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許第３７０５９６０号公報（特許文献１）には、従来の超音波探傷について開示されている。従来の超音波を利用した異常診断または状態診断方法では、被検査物に投射した超音波が異常部である不連続界面で反射し、これをパルスとして測定する［図１（ａ）］。【０００３】
また特開２００４−３４０８０７号公報（特許文献２）には、接合面へ超音波を入射し、入射波に対する透過波の波形の歪みから微小冷接性欠陥を検出する超音波探傷方法が開示されている。そして該公報には、入射波に対する透過波の波形を周波数分析して基本波と高調波を求め、基本波の振幅と高調波の振幅の比をとり、振幅の比より微小冷接性欠陥の有無を判定する。【０００４】
従来の方法では、図１（Ｂ）に示すような明確でない亀裂や剥離（閉じた亀裂などと呼ばれる）は、超音波が通過するため通常の方法での検出は難しい。これに対し、図２に示すような連続的なパルスの超音波信号を被検査対象に投射し、図１（Ｂ）のような明確でない亀裂を通過させると、超音波の基本周波数成分に加え高調波成分や分数調波成分が条件によって観測される。図２の連続した超音波パルス信号は、例えば、１／２分数調波成分が含まれる連続パルスである。このような連続した超音波パルス信号を投射した場合に得られる現象を超音波非線形と呼び、この観測によって通常の方法では困難な亀裂や剥離の検出が試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７０５９６０号公報
【特許文献２】特開２００４−３４０８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら連続した超音波パルス信号を投射して得られる超音波非線形を利用した非破壊検査方法には、以下の問題点がある。【０００７】
（１）汎用の超音波探傷装置は単一パルスの超音波を発生させるものがほとんどである。そのため図２に示すような連続パルスの超音波を発生させるには特殊な装置が必要となる。【０００８】
（２）連続パルスの超音波は、多層部材など多くの反射波が発生する場合には波の干渉が生じ、正しい解析ができない場合がある。【０００９】
本発明の目的は、従来、単一超音波パルス信号を用いた場合には診断できなかった被検査対象物の状態を診断できる非破壊検査方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の非破壊検査方法では、まず被検査対象物に単一超音波パルス信号を入射する。本願明細書において、「単一超音波パルス信号」とは、単純な１周期のパルスに限定されるものではなく、汎用の超音波探傷装置で利用できる一般的な単一超音波パルス発生装置で使用している周波数と周期を有するパルス信号である。被検査対象物の性質によって異なるが、ゴム、コンクリート、金属等の非検査対象物に対して使用する単一超音波パルス信号は、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を有する１乃至２周期のパルス信号が好ましい。【００１１】
次に被検査対象物の内部に入った単一超音波パルスを受信部で受信し、受信した単一超音波パルスの減衰波形の瞬時周波数とその時間変化（時間的な移り変わり）を求める。被検査対象物の内部に入って且つ受信される単一超音波パルスは、被検査対象物の内部を透過した透過波、または被検査対象物の内部で反射した反射波のいずれでもよい。ここで減衰波形の瞬時周波数は、減衰波形の瞬時の位相変化率と言い換えることもできる。なお瞬時周波数については、例えば、戸田浩、章忠及び川畑洋昭が著作の「最新ウェーブレット実践講座入門と応用」（ソフトバンククリエイティブ株式会社発行）の４０頁に説明されている。【００１２】
そして本発明の方法では、瞬時周波数の時間変化に基づいて、被検査対象物の状態を診断する。発明者の研究によると、明確でない亀裂を通過した単一超音波パルス信号の減衰波形の周波数は、減少する傾向を示す。したがって単一超音波パルス信号の減衰波形の瞬時周波数の時間変化を見ることにより、従来の単一超音波パルス信号を用いた方法では見つけることができないような異常な状況を発見することができる。本発明では、単一超音波パルス信号を利用するため、反射波の干渉を受けにくく、周波数変化のわずかな量を捉えることができて、従来の高調波成分や分数調波成分を捉える方法よりも精度が高い。【００１３】
例えば、予め定めた時間間隔で減衰波形の瞬時周波数を求め、瞬時周波数の時間変化のパターンの形状を、正常な被検査対象物について事前に測定した基準となる瞬時周波数の時間変化のパターンの形状と比較することにより、被検査対象物の状態を診断することができる。なお瞬時周波数の時間変化に基づく診断の具体的な手法は、任意である。【００１４】
減衰波形の瞬時周波数の求め方も、任意である。例えば、受信した単一超音波パルス信号の減衰波形ｕ（ｔ）を、該減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と時刻ｔにおける位相φ（ｔ）とから表されるｕ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｓｉｎφ（ｔ）の近似式で近似し、この近似式中の位相から時刻ｔにおける角周波数を求め、角周波数から時刻ｔにおける瞬時周波数を求めるようにしてもよい。減衰波形をこのような近似式で表現した上で、瞬時周波数を求めると、１乃至２周期程度の超音波パルス信号を用いる場合でも、より高い精度で瞬時周波数を求めることができる。【００１５】
なお減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と位相φ（ｔ）を、ウェーブレット変換またはヒルベルト変換を利用して求めると、１乃至２周期程度の少ない超音波パルス信号の減数波形の包絡線Ａ（ｔ）と位相φ（ｔ）を簡単且つ確実に得ることができる。【００１６】
本発明の非破壊検査装置は、被検査対象物に単一超音波パルス信号を入射するパルス入射部と、被検査対象物内を通った単一超音波パルス信号を受信する受信部と、受信した単一超音波パルス信号の減衰波形の瞬時周波数の時間変化を求める周波数時間変化演算部と、周波数時間変化演算部が演算した瞬時周波数の時間変化に基づいて、被検査対象物の状態を診断する診断部とを備えている。そして診断部は、正常な状態の被検査対象物について事前に測定した瞬時周波数の時間変化を少なくとも一つの判定基準として記憶しており、少なくとも一つの判定基準と周波数時間変化演算部が演算した瞬時周波数の時間変化とを比較して、被検査対象物の状態を診断する。本発明の非破壊検査装置によれば、単一超音波パルス信号の減衰波の瞬時周波数から診断をするため、反射波の干渉を受けにくく、周波数変化のわずかな量を捉えることができて、従来の高調波成分や分数調波成分を捉える装置よりも精度で診断をすることができる。【００１７】
パルス入射部は、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を有する１乃至２周期のパルス信号を前記単一超音波パルス信号として発生するものである。また周波数時間変換演算部は、受信した単一超音波パルス信号の減衰波形ｕ（ｔ）を、該減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と時刻ｔにおける位相φ（ｔ）とから表されるｕ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｓｉｎφ（ｔ）の近似式で近似し、近似式中の位相から時刻ｔにおける瞬時角周波数を求め、瞬時角周波数から時刻ｔにおける瞬時周波数を求める。【００１８】
パルス入射部及び受信部は、被検査対象物を透過した単一超音波パルス信号を受信するように被検査対象物に配置しても、また被検査対象物内で反射した単一超音波パルス信号を受信するように被検査対象物に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、超音波探傷法を説明するために用いる図である。
【図２】超音波非線形の例（１／２分数調波）を示す図である。
【図３】本発明の非破壊検査装置の構成の一例を示す図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、ウェーブレット変換を説明するために用いる波形図である。
【図５】ウェーブレット変換の例を示す図であり、（Ａ）は減衰振動波形ｕ（ｔ）を示し、（Ｂ）はｕ（ｔ）に対するウェーブレット変換結果を示す図である。
【図６】（Ａ）は１枚のゴム板を通過した超音波パルスを示す図であり、（Ｂ）はその時間に対する周波数変化を示す図である。
【図７】（Ａ）は加圧した２枚のゴム板を通過した超音波パルスを示す図であり、（Ｂ）はその時間に対する周波数変化を示す図である。
【図８】２枚のゴム板間の加圧力の違いによる周波数変化の違い（実線：加圧力大，点線：加圧力小）を示す図である。
【図９】反射波に基づいて診断する場合に用いる被破壊検査装置の構成を示す図である。
【図１０】試験に用いた供試体の構成と、推定される複数の反射波の経路を示す図である。
【図１１】単一超音波パルス信号を投射したときに受信された４種類の反射パルスＡ，Ｂ，Ｃ及びＤの波形を示す図である。
【図１２】３つの条件下において、反射パルスＡ〜Ｄの瞬時周波数の時間変化を求めた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下図面を参照して、本発明の非破壊検査方法及び非破壊検査装置の実施の形態を詳細に説明する。図３は、本発明の非破壊検査方法を実施する非破壊検査装置の実施の形態の一例の構成を示す図である。１は、２枚のゴムの板を接合した被検査対象物である。本実施の形態では、被検査対象物を間に挟むように、単一超音波パルス信号のパルス入射部２と受信部３を配置する。超音波発振器４は、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を有する１乃至２周期のパルス信号を入射部２に送信する。入射部２は、被検査対象物１に単一超音波パルス信号を入射する。受信部３は、被検査対象物１内に入ってその内部を透過した単一超音波パルス信号（透過波）を受信する。受信部３で受信した単一超音波パルス信号の減衰波形は、増幅器５で増幅されてウェーブレット変換部６に入力される。ウェーブレット変換部６は、減衰波形をウェーブレット変換して、後述する減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と位相φ（ｔ）を出力する。周波数時間変化演算部７は、ウェーブレット変換部６から入力された減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と位相φ（ｔ）を用いて、減衰波形を演算可能な近似式で近似し、受信した単一超音波パルス信号の減衰波形の瞬時周波数の時間変化を求める。なおこの演算については、後に詳しく説明する。診断部８は、周波数時間変化演算部７が演算した瞬時周波数の時間変化に基づいて、被検査対象物の状態を診断する。本実施の形態で用いる診断部８は、正常な状態の被検査対象物について事前に測定した瞬時周波数の時間変化を少なくとも一つの判定基準として記憶している。そして少なくとも一つの判定基準と周波数時間変化演算部７が演算した瞬時周波数の時間変化とを比較して、被検査対象物の状態を診断する。
【００２１】
ウェーブレット変換部６でのウェーブレット変換について説明する。ウェーブレット変換は次式で定義される。
【数１】
2011013802.tif 000003
【００２２】
ここに、ψ（ｔ）がマザーウェーブレットと呼ばれる局所的な関数であり、よく用いられるガボールウェーブレットでは以下のようになる。
【数２】
2011013802.tif 000004
【００２３】
ω0 はウェーブレットの基本周波数成分である。ａはスケーリングパラメータと呼ばれ、これが小さくなるほど周波数成分が高くなる。例えば、ａが１／２ならば周波数成分は２ω0 となる。ｂはトランスレートパラメータと呼ばれ、時間の情報を表す。したがって、ウェーブレット変換結果（Ｗψｆ）（ｂ，ａ）は、時刻ｂにおけるω0 ／ａの周波数成分がどれほどあるかを示している。ψ(t)は複素数であるので、ウェーブレット変換結果（Ｗψｆ）（ｂ，ａ）も複素数となる。通常のウェーブレット変換結果は、複素数である（Ｗψｆ）（ｂ，ａ）の大きさ、すなわち、［（実部）2＋（虚部）2］1/2として表す。例として、図４（ａ）に示す信号に対してウェーブレット変換を行った結果を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）の横軸が時間［（式（１）のｂに相当］、縦軸が周波数［式（１）のω0 ／ａに相当］であり、等高線でその時間における周波数成分の強弱を表している。この図から、時間とともに信号の周波数（周波数）が上昇していく様子がわかる。
【００２４】
このように、通常のウェーブレット変換は、時間−周波数平面上の等高線や色の濃さなどで、時間と周波数両方の情報を与えることに大きな特徴がある。
【００２５】
本実施の形態で用いるウェーブレット変換は、式（１）の定義式においてａ＝１と固定し、マザーウェーブレットの基本周波数である式（２）のω0 を超音波パルスの主要周波数と一致させる。例として、超音波波形ではないが、図５（ａ）に示す減衰振動波形ｕ（ｔ）にこのウェーブレット変換を適用してみる。ａ＝１と固定しているので、ウェーブレット変換結果はトランスレートパラメータｂのみの関数となる。結果をｇ（ｂ）と表すと下記の式（３）の通りになる。
【数３】
2011013802.tif 000005
【００２６】
トランスレートパラメータｂは時間ｔと等価であるため、引数ｂをｔと置き換え、改めてウェーブレット変換結果をｇ（ｔ）と表す。ｇ（ｔ）は複素数であり、これを用いてもとの減衰波形ｕ（ｔ）を以下のように近似する。ｇ′（ｔ）［下記式（４）中でｇの上にバーを表示してある］はｇ（ｔ）の複素共役である。
【数４】
2011013802.tif 000006
【００２７】
この結果を図５（ｂ）の実線に示す。減衰波形の立ち上がりの部分がもとの波形ｕ（ｔ）よりなだらかになっているが、それ以外は良く近似されていることがわかる。一方、ｇ（ｔ）の虚部について２Ｉｍ［ｇ（ｔ）］を図５（Ｂ）の点線で示す。これは、２Ｒｅ［ｇ（ｔ）］の位相を１／４周期ずらしたものに相当する。これらの関係を用いると、減衰波形ｕ（ｔ）を次のように近似することができる。
【数５】
2011013802.tif 000007
【００２８】
Ａ（ｔ）は時刻ｔにおける振幅であり、この減衰波形の包絡線となる。φ（ｔ）は時刻ｔにおける位相であり、φ（ｔ）の時間微分がその時刻ｔにおける減衰波形の瞬時角周波数ω（ｔ）に相当する。すなわち、瞬時角周波数ω（ｔ）は以下のように表すことができる。
【数６】
2011013802.tif 000008
【００２９】
そして時刻ｔにおける瞬時周波数ｆ（ｔ）は、
【数７】
2011013802.tif 000009
【００３０】
である。式（６）の微分は数値的に行う。
【００３１】
本実施の形態の周波数時間変化演算部７では、受信した単一超音波パルス信号の減衰波形ｕ（ｔ）を、減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と時刻ｔにおける位相φ（ｔ）とから表されるウェーブレット変換で求めた上記（５）式におけるｕ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｓｉｎφ（ｔ）の近似式で近似する。そしてこの近似式中の位相φ（ｔ）から時刻ｔにおける瞬時角周波数ω（ｔ）を求める。その上で、瞬時角周波数ω（ｔ）から時刻ｔにおける瞬時周波数ｆ（ｔ）を求める。
【００３２】
次に具体的な実験例を示す。まず、厚さ約２ｍｍのゴム板に圧力をかけ、このゴム板（被検査対象）の一方の側に配置した入射部２は単一超音波パルス信号を投射し、反対側に配置した受信部３で受信する。図６（Ａ）は、受信部３が受信した単一超音波パルス信号の波形を示しており、図６（Ｂ）は、周波数時間変化演算部７が演算した超音波パルス信号の瞬時周波数の時間的移り変わりを示す。診断部８では、図６（Ｂ）に示す瞬時周波数の時間的移り変わり（時間変化）を判定基準として記憶する。図６（Ｂ）の例では、超音波パルス信号の減衰波形の周波数は、６ＭＨｚ付近で時間とともに若干上昇していることがわかる。なお図６（Ｂ）の例において、中央の波形が判定基準となる波形であって、中央の波形の両側に現れる波形は、ノイズ波形である。
【００３３】
これに対し、厚さ約１ｍｍのゴム板を２枚重ねて２ｍｍ厚と同じ圧力をかける。２枚のゴム間には微小な隙間が存在する。上記同様に単一超音波御パルス信号を入射部２から投射して反対側の受信部３で透過波を受信する。得られた超音波パルス信号の減衰波形の一例を図７（Ａ）に示し、この減衰波形の瞬時周波数の時間的移り変わり（時間変化）を図７（Ｂ）に示す。図７（Ｂ）においても、図６（Ｂ）と同様に、中央の波形が判定対象となる波形であって、中央の波形の両側に現れる波形は、ノイズ波形である。
【００３４】
図７（Ａ）と図６（Ａ）を比較すると、受信部３が受信した超音波パルス信号の波形はほとんど変わらないのに、瞬時周波数の時間変化には明らかな低下（５．８ＭＨｚ付近）が認められる。つまり、この瞬時周波数の時間変化の低下からゴムの間に微小な隙間が存在することが推測できる。診断部８では、瞬時周波数の時間変化のパターンの比較を利用して診断を行う。
【００３５】
前述のように、単一超音波パルス信号の瞬時周波数の時間的変化の様子は、物体内部境界の接触状態によって変化する。その結果、この瞬時周波数の時間的変化の現象により、物体内部境界の接触状態を推測できる。前述の実験と類似の実験で、ゴム板の圧縮力が強い場合の瞬時周波数の時間変化を図８中に実線で示し、圧縮力が弱い場合の瞬時周波数変化を図８の点線に示す。図８において、圧縮力が弱い場合の瞬時周波数の時間変化（点線）のパターンは大きく波打つように変動しており、圧縮力が強い場合の瞬時周波数の時間変化（実線）のパターンとは大きく異なっている。また、周波数の平均値も下降していることがわかる。このことから、ゴム板に加えた圧縮力の違い、すなわち、ゴム板間の接触状態の違いを推測できる。なお図８においても、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）と同様に、中央の波形が判定対象となる波形であって、中央の波形の両側に現れる波形は、ノイズ波形である。
【００３６】
なお、上記実施の形態は、透過波のみを対象にしているが、被検査対象物の内部に入って、その内部にある何らかの反射層（ギャップ層、材質変化層等）で反射した反射波に基づいても、同様に診断ができる。図９は反射波に基づいて診断する場合に用いる被破壊検査装置の構成を示す。図９においては、図３の透過波に基づいて診断する場合に用いる被破壊検査装置の構成要素と同様の構成要素には、図３に付した符号の数に１０の数を加えた数の符号をしてある。本実施の形態では、パルス入射部１２から被検査対象物１１に入射してその内部で反射して戻ってくる単一超音波パルス信号の複数の反射波を受信部１３で受信できるように、パルス入射部１２と受信部１３とがセットになったセンサユニット１０を用いる。このセンサユニット１０を、被検査対象物１１の表面に添って移動させることにより反射波を受信部１３で受信する。本実施の形態では、反射波の減衰波形の包絡線Ａ（ｔ）と時刻ｔにおける位相φ（ｔ）とを求めるために、図３のウェーブレット変換部６に代えてヒルベルト変換部１６を用いている。反射波形ｕ（ｔ）をヒルベルト変換して得られる関数ｈ（ｔ）は、次式で定義される。
【数８】
2011013802.tif 000010
【００３７】
上記式においてｕ（ｓ）は単一超音波パルス信号の減衰波形であり、またｓは積分パラメータである。ｈ（ｔ）はｕ（ｔ）の位相をπ／４周期ずらしたものに相当する。そして時刻ｔにおける位相φ（ｔ）は、以下の式から求められる。
【数９】
2011013802.tif 000011
【００３８】
そして時刻ｔにおける瞬時周波数ｆ（ｔ）は、以下の式から求めることができる。
【数１０】
2011013802.tif 000012
【００３９】
周波数時間変化演算部１７は、上記式に基づいて瞬時周波数を演算し、前述の周波数時間変化演算部７と同様にして瞬時周波数の時間変化を求める。
【００４０】
反射波を用いる本実施の形態でも効果があることを確認するために試験を行った。この試験では、内部状態の診断として、接着剤の接着度強度評価に対する実現可能性を試験した。試験対象として、図１０に示すように、２枚のアクリル板をエポキシ系接着剤で接着した簡単な供試体を作成した。その際、以下に示す３つの異なる条件で接着を行った。使用した接着剤は、所定の接着強度を得るには塗布後１０分以内の接着が必要なものである。したがって接着剤塗布から接着までの時間が長いほど接着度は低下することになる。
【００４１】
［条件１］接着剤塗布、２０分後接着（接着度低）
［条件２］接着剤塗布、１０分後接着（接着度中）
［条件３］接着剤塗布、すぐに接着（接着度高）
図９に示す非破壊検査装置を用いて、図１０に示すように、供試体の一方から単一超音波パルス信号を投射し、供試体内部で反射してきた超音波を測定した。条件１の場合において、単一超音波パルス信号を投射したときに受信された４種類の反射波Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは、図１１に示す波形のようになる。そしてこれらの反射波の経路は、図１０にＡ，Ｂ，Ｃ及びＤで示すような経路で反射しているものと推測される。条件２及び３の反射パルスの場合の表示は省略するが、測定データからは、それぞれの条件における音速や反射パルスＡ〜Ｄの振幅に大きな違いを確認することはできなかった。また、反射パルスＡ〜Ｄに対し区分的に周波数解析を行い、それぞれの周波数スペクトルを求めても、各条件による周波数成分の違いを明確に見出すことはできなかった。すなわち、音速の変化、振幅の変化および周波数成分の変化からは接着条件１〜３を区別できないことが確認された。
【００４２】
条件１〜３におけるそれぞれの反射パルスＡ〜Ｄの瞬時周波数の時間変化を求めた結果を図１２に示す。図１２において、条件１（２０分後接着）の結果は黒線、条件２（10分後接着）の結果は点線、条件３（すぐに接着）の結果はグレーの線で表している。アクリル部分のみを通過した反射パルスＡ，Ｃの瞬時周波数の時間変化は条件１〜３でほとんど差がないが、接着剤部分を通過した反射パルスＢ，Ｄの瞬時周波数の時間変化は条件１〜３で大きく異なり、接着剤塗布から時間をおかずに接着するほど、すなわち、接着強度が高いほど瞬時周波数の時間変化が低下している。したがって、接着剤部分を通過した反射パルスの瞬時周波数の時間変化から、接着強さが評価できることがわかる。通常の周波数スペクトルではこのような明確な違いを見出すことができないため、本実施の形態のように瞬時周波数の時間変化に着目する方法は有効であることが確認された。
【００４３】
上記実施の形態では、単一超音波パルス信号の減衰波形の瞬時周波数を求めるのにウェーブレット変換及びヒルベルト変換を利用したが、本発明はウェーブレット変換及びヒルベルト変換を利用することにこだわるものではなく、その他の公知の方法で超音波パルス信号の減衰波形の周波数の時間変化が求められれば、その方法を用いればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、単一超音波パルス信号を利用するため、汎用の超音波探傷装置を利用できる。また、単一超音波パルス信号はせいぜい１．５〜２周期程度の波形であるため、反射波の干渉を受けにくい。したがって本発明によれば、減衰波形の瞬時周波数の時間変化のわずかな量を捉えることができて、高調波成分や分数調波成分を捉える方法より精度が高い診断をすることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１，１１  被検査対象物
２，１２  パルス入射部
３，１３  受信部
４，１４  超音波発信器
５，１５  増幅部
６  ウェーブレット変換部
１６  ヒルベルト変換部
７，１７  周波数時間変化演算部
８，１８  診断部
【図１】
2011013802.tif 000013
【図２】
2011013802.tif 000014
【図３】
2011013802.tif 000015
【図４】
2011013802.tif 000016
【図５】
2011013802.tif 000017
【図６】
2011013802.tif 000018
【図７】
2011013802.tif 000019
【図８】
2011013802.tif 000020
【図９】
2011013802.tif 000021
【図１１】
2011013802.tif 000022
【図１０】
2011013802.tif 000023
【図１２】
2011013802.tif 000024
【国際調査報告】
2011013802.tif 000025
2011013802.tif 000026
2011013802.tif 000027
2011013802.tif 000028